高中化學:物質的量在化學方程式的計算中的應用

2020-12-13 愛數學懂教育

化學方程式中,各物質的化學計量數(v)之比,等於各物質的物質的量(n)之比,即均等於該化學方程式的「係數」之比。化學方程式中各氣體在同溫同壓下的體積比,等於它們的化學計量數之比,即等於各氣體在化學方程式中的「係數」比。遇到有關化學方程式的計算時,經常視情況將相關物質的質量,一定濃度和體積的溶液、氣體體積換算出它們的物質的量,按化學計量數找出比例關係後入手運算。

1、化學方程式中有關量的關係

由上可看出,化學方程式中各物質的化學計量數之比等於組成各物質的粒子數之比,等於各物質的物質的量之比 ,等於氣體體積比(同狀況下),不等於質量之比。根據化學方程式列比例時應遵循上述比例關係。

2、根據化學方程式計算時所列比例是否正確的判斷依據是:「上、下單位要一致,左右單位要對應」。如:

3、物質的量應用於化學方程式計算的一般格式

(1)設所求物質的物質的量為n(B)[或質量m(B)],或氣體標準狀況下體積V(B)、或溶液體積V[B(aq)]J。

(2)寫出有關反應的化學方程式。

(3)在化學方程式有關物質的化學式下面先寫出已知物和所求物的有關量的關係,再代入已知量和所求量。

(4)寫出所求物質的數學表達式。

(5)寫出解答和答案。

如:6.5g Zn在與足量鹽酸反應時產生的

在標準狀況下的體積是多少升?

解:設產生

的體積為V()

答:產生的

在標準狀況下的體積是2.24L。

4、規範用語

—表示

的物質的量

—表示方程式中

的化學計量數

—表示鹽酸的物質的量濃度

—表示

溶液的體積

—表示

的體積

—表示混合物中

的質量分數

—表示

的質量

在列比例及運算過程中都應帶單位。

例1、在一定條件下,

與足量的

固體完全反應後,產生的氣體全部收集起來只有1.68L(標準狀況),則此氣體在標準狀況下的密度為()

(A)

(B)

(C)

(D)

解析:

,根據反應的化學方程式:

全部轉化為

時,

,其質量為

,此氣體即使部分轉化為其他氧單質(如),其氣體質量也不變,故

,選(B)。

答案:B

本題審題時要特別注意「在一定條件下」幾個字,否則易將此氣體當作純氧氣,得出

,而錯選(A)。

例2、將一塊鐵片放入500mL,

溶液中,反應一段時間後,取出鐵片,小心洗淨後乾燥稱量,鐵片增重0.8g,反應後溶液中

的物質的量濃度是( )

A.

B.

C.

D.

解析:以方程式挖掘新的關係量,先求反應的

剩餘

答案:C

差量法是化學計算中常用的一種方法。所謂差量法是指一個過程中某物質始態量與終態量的差值,它可以是質量差、物質的量差、物質的量濃度差、氣體的體積差。

例3、在託盤天平的兩盤,放上質量相等的A、B兩燒杯,調至平衡,然後分別倒入質量相等的足量鹽酸,繼而在AB兩燒杯中放入下述各組物質,結果天平仍保持平衡的是( )

A.0.5mol Na和0.5mol Mg

B.0.1mol Zn和0.1mol Al

C.

D.

解析:以溶液增重計算為切入點,估算是十分重要的。

A.0.5mol Na(11.5g)可製取

0.25mol(0.5g),溶液增重

0.5mol Mg(12g)可製取

0.5mol(1g),溶液增重

,所以A可以保持平衡

B.0.1mol Zn(6.5g)0.1mol Al(2.7g)分別製得

為0.1g,0.3g,溶液增重不同,故天平不平衡

C.

C可以保持平衡

以此推理D不能平衡,選A、C

答案:A、C

例4、

和濃鹽酸在一定溫度下反應會生成綠黃色的易爆物二氧化氯,其變化可表述為:

(1)請完成該化學方程式並配平(未知物化學式和係數填入框內)

(2)濃鹽酸在反應中顯示出來的性質是_____(填寫編號、多選倒扣)

①只有還原性

②還原性和酸性

③只有氧化性

④氧化性和酸性

(3)產生

則轉移電子的物質的量為_____mol

(4)

具有很強的氧化性。因此,常被用作消毒劑,其消毒的效率(以單位質量得到的電子數表示)是

的_____倍。

解析:

(1)根據化合價升降配平方程式

未知物化學式可用觀察法,由氫氧原子個數確定為

(2)根據生成

知2mol

顯酸性,2mol

被氧化,顯還原性。

(3)產生

轉移電子2mol,所以產生

時,轉移電子0.2mol

(4)每摩爾

可得5mol電子,單位質量得電子數

,而每摩爾

可得電子2mol,單位質量得電子數

,二者比值為

答案:(1)2,4,2,2,1,

(2)①(3)0.2(4)2.63

例5、將0.04molKMnO4固體加熱,一段時間後,收集到amol氣體,此時KMnO4的分解率為x,在反應後的殘留固體中加入足量的濃鹽酸,又收集到bmol氣體(設Mn元素全部以Mn2+存在於溶液中)。試填寫:

(1)a+b=__________(用x表示)。

(2)當x=__________時,a+b取最小值,且最小值為___________。

(3)當a+b=0.09時,加熱後所得殘留固體的質量為___________g。

解析:(1)參加分解反應的KMnO4物質的量為0.04xmol,剩餘的KMnO4物質的量為0.04(1-x)mol,根據化學方程式計算。

(2)因為x≤1,當x=1,a+b有最小值,最小值為0.08。

(3)當a+b=0.09時,0.1-0.02x=0.09,解得x=0.5。

加熱後剩餘固體的質量=m(KMnO4)-m(O2)=0.04mol×158g/mol-0.02×0.5mol×32g/mol=6g。

答案:(1)a+b=0.1-0.02x;(2)當x=1,a+b有最小值,最小值為0.08;(3)6g。

將化學問題抽象成為數學問題,利用數學工具,通過計算和推理(結合化學知識)解決化學問題,這是化學計算題考查的重要能力之一。

例6、某化合物的化學式可表示為

(x、y為正整數)。為了確定x和y的值,取兩份質量均為0.2140g的該化合物進行如下兩個實驗。將一份試樣溶於水,在硝酸存在的條件下用

溶液滴定(生成沉澱),共消耗24.0mL 0.100mol/L的

溶液。在另一份試樣中加入過量

溶液並加熱,用足量鹽酸吸收逸出的

。吸收

共消耗24.0mL 0.200mol/L

溶液。試通過計算確定該化合物的化學式。(本題可能用到的相對原子質量:H為1.00、N為14.0、Cl為35.5、Co為58.9)

解析:從消耗

的物質的量可得化合物中

的物質的量;由吸收

所消耗

的物質的量可得

的物質的量,由試樣質量減去

的質量可得鈷離子的質量,除以鈷的相對原子質量即得鈷離子的物質的量。以鈷離子的物質的量為1,即可確定x和y。

解答:n表示物質的量,m表示質量

該化合物的化學式為

同一習題,提倡一題多解,培養發散思維能力。如本題亦可有如下解法:

解法1:設0.2140g化合物的物質的量為n,根據關係式

,得方程:

聯立①②③,解之得:

該化合物的化學式為

解法2:n表示物質的量,

根據題意列方程組:

解方程組得:

該化合物的化學式為

解法3:n表示物質的量。

即:

該化合物化學式可寫成

,由題意得:

解之得:

該化合物的化學式為

解法4:設0.2140g化合物的物質的量為c。

解聯立方程得

,所以,其化學式為

聯立①、②解得:

,故化學式為

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